科研進(jìn)展
蘭州化物所離子液體研究獲系列進(jìn)展
離子液體在室溫附近呈液態(tài)，具有獨(dú)特的陰陽離子結(jié)構(gòu)、極低的飽和蒸氣壓和優(yōu)異的潤滑性能，被公認(rèn)為最具潛力的高性能液體潤滑材料之一。離子液體內(nèi)部的靜電作用力較強(qiáng)、與商品潤滑油的相容性差，且對金屬具有腐蝕性，這限制了其作為潤滑材料在航空航天、軌道交通和電子信息等領(lǐng)域的應(yīng)用。
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所先進(jìn)潤滑與防護(hù)材料研發(fā)中心特種油脂與密封材料課題組胡麗天研究員團(tuán)隊(duì)長期致力于離子液體潤滑材料的油溶性和功能性設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究工作，發(fā)展了系列油溶性質(zhì)子型離子液體和新型抗腐蝕性功能離子液體材料。
研究人員通過增強(qiáng)氫鍵效應(yīng)，利用簡單的酸堿中和反應(yīng)，開發(fā)了系列質(zhì)子型油溶性離子液體。通過界面分析以及分子動力學(xué)模擬等手段，從離子液體在摩擦表面的分子構(gòu)象層面，揭示了短碳鏈油溶性離子液體較長碳鏈離子液體潤滑性能更優(yōu)的潤滑機(jī)理。相關(guān)成果發(fā)表在Applied Surface Science (2021，568，150922)和Journal of Colloid and Interface Science (2022，623，257–266)上。
圖1 不同烷基鏈長度的離子液體界面吸附行為
研究人員通過“自下而上”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，開發(fā)了一種結(jié)合柔性烷基鏈和剛性咪唑環(huán)結(jié)構(gòu)的油溶性離子液體（[C11-IM][DEHP]），在高載荷（400N）或極低濃度（0.1wt%）下，均表現(xiàn)出優(yōu)于商品添加劑二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）及常見油溶性離子液體的摩擦學(xué)性能，極低的添加量在節(jié)約成本和滿足降低潤滑油脂中磷含量的環(huán)保要求方面具有顯著優(yōu)勢。此外，研究人員通過對摩擦界面的深入分析，從摩擦界面電子轉(zhuǎn)移角度，闡明了[C11-IM][DEHP]離子液體優(yōu)異承載能力和極低有效濃度的作用機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal （2023，465，142810）上。
圖2 離子液體在摩擦界面電子轉(zhuǎn)移機(jī)制
研究人員基于緩蝕機(jī)理，通過功能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)了系列新型抗腐蝕性功能離子液體，該系列功能離子液體作為潤滑添加劑或潤滑劑時(shí)均表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能和抗腐蝕性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在Tribology International（2017，114：121–131；2018，125：39-45；2022，173：107682），Journal of Molecular Liquids（2019，284：577–585）和摩擦學(xué)學(xué)報(bào)（2019，39(3)：279-286）上，并獲中國發(fā)明專利授權(quán)3項(xiàng)（ZL 201911069474.0，ZL 201810719058.X，ZL 201610771728.3）。
圖3 系列功能離子液體的摩擦學(xué)性能與抗腐蝕性能
以上研究打破了傳統(tǒng)油溶性離子液體對長烷基鏈的要求，豐富和發(fā)展了離子液體的油溶性理論體系，提出了基于緩蝕機(jī)理的抗腐蝕性離子液體功能化設(shè)計(jì)理念，為新型油溶性和功能性離子液體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種新策略。
李毅助理研究員、方洪嶺博士為論文第一作者，胡麗天研究員和張松偉副研究員為通訊作者。
以上工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等的支持。
